【手続補正書】
【提出日】平成17年12月27日(2005.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】可変焦点レンズを含む光学系。
【請求項２】レトロフォーカスタイプであることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】前記可変焦点レンズの液晶層部分のパワーをφLC、前記光学系全体のパワーをφとしたとき、
０．００５≦｜φLC／φ｜≦０．４
を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項４】前記可変焦点レンズの液晶層内における像高が１の主光線と光軸とのなす角度をＹとしたとき、
｜ｔａｎＹ｜≦０．６
を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光学系。
【請求項５】絞り前群の焦点距離をｆ1、全系の焦点距離をｆとしたとき、
０．８≦｜ｆ1／ｆ｜≦∞
を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の光学系。
【請求項６】絞り前群の焦点距離をｆ1、全系の焦点距離をｆとしたとき、
−１．０≦ｆ／ｆ1≦∞
を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の光学系。
【請求項７】絞り前群と絞り後群との間に前記可変焦点レンズを設けたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の光学系。
【請求項８】レンズ第１面から結像面までの距離をＬ、全系の焦点距離をｆとしたとき、
０．８≦｜Ｌ／ｆ｜≦１５
を満足することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の光学系。
【請求項９】絞り後群の焦点距離をｆ2、全系の焦点距離をｆとしたとき、
ｆ2＞０
かつ
０．３≦｜ｆ2／ｆ｜≦４
を満足することを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の光学系。
【請求項１０】前記可変焦点レンズの焦点距離をｎ段階（但し、ｎは２以上の整数）に変化させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の光学系。
【請求項１１】前記可変焦点レンズの焦点距離を連続的に変化させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の光学系。
【請求項１２】請求項１乃至１１の何れかに記載の光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】対称型のレンズ構成であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１４】トリプレットタイプであることを特徴とする請求項１３に記載の光学系。
【請求項１５】レンズ相互の間隔が不変の可変焦点レンズを含む光学系。
【請求項１６】ズームレンズでない可変焦点レンズを含む光学系。
【請求項１７】テレタイプで可変焦点レンズを含む光学系。
【請求項１８】３群からなり、物体側から順に、第１群が凸のパワー、第２群が凹のパワー、第３群が凸のパワーを備え、少なくとも１枚の可変焦点レンズを含む光学系。
【請求項１９】３群からなり、物体側から順に、第１群が凸のパワー、第２群が凹のパワー、第３群が凸のパワーを備え、少なくとも１枚の可変焦点レンズを含み、最も像側のレンズが凸レンズである光学系。
【請求項２０】非球面を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
請求項１に記載の光学系は、可変焦点レンズを含むことを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、請求項２に記載の光学系は、請求項１に記載の光学系において、レトロフォーカスタイプであることを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、請求項３に記載の光学系は、請求項１又は２に記載の光学系において、前記可変焦点レンズの液晶層部分のパワーをφLC、前記光学系全体のパワーをφとしたとき、
０．００５≦｜φLC／φ｜≦０．４
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の光学系は、請求項１乃至３の何れかに記載の光学系において、前記可変焦点レンズの液晶層内における像高が１の主光線と光軸とのなす角度をＹとしたとき、
｜ｔａｎＹ｜≦０．６
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の光学系は、請求項１乃至４の何れかに記載の光学系において、絞り前群の焦点距離をｆ1、全系の焦点距離をｆとしたとき、
０．８≦｜ｆ1／ｆ｜≦∞
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の光学系は、請求項１乃至５の何れかに記載の光学系において、絞り前群の焦点距離をｆ1、全系の焦点距離をｆとしたとき、
−１．０≦ｆ／ｆ1≦∞
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の光学系は、請求項１乃至６の何れかに記載の光学系において、絞り前群と絞り後群との間に前記可変焦点レンズを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項８に記載の光学系は、請求項１乃至７の何れかに記載の光学系において、レンズ第１面から結像面までの距離をＬ、全系の焦点距離をｆとしたとき、
０．８≦｜Ｌ／ｆ｜≦１５
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項９に記載の光学系は、請求項１乃至８の何れかに記載の光学系において、絞り後群の焦点距離をｆ2、全系の焦点距離をｆとしたとき、
ｆ2＞０
かつ
０．３≦｜ｆ2／ｆ｜≦４
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項１０に記載の光学系は、請求項１乃至９の何れかに記載の光学系において、前記可変焦点レンズの焦点距離をｎ段階（但し、ｎは２以上の整数）に変化させるようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項１１に記載の光学系は、請求項１乃至９の何れかに記載の光学系において、前記可変焦点レンズの焦点距離を連続的に変化させるようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項１２に記載の撮像装置は、請求項１乃至１１の何れかに記載の光学系を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項１３に記載の光学系は、請求項１に記載の光学系において、対称型のレンズ構成であることを特徴とするものである。
また、請求項１４に記載の光学系は、請求項１３に記載の光学系において、トリプレットタイプであることを特徴とするものである。
また、請求項１５に記載の光学系は、レンズ相互の間隔が不変の可変焦点レンズを含むことを特徴とするものである。
また、請求項１６に記載の光学系は、ズームレンズでない可変焦点レンズを含むことを特徴とするものである。
また、請求項１７に記載の光学系は、テレタイプで可変焦点レンズを含むことを特徴とするものである。
また、請求項１８に記載の光学系は、３群からなり、物体側から順に、第１群が凸のパワー、第２群が凹のパワー、第３群が凸のパワーを備え、少なくとも１枚の可変焦点レンズを含むことを特徴とするものである。
また、請求項１９に記載の光学系は、３群からなり、物体側から順に、第１群が凸のパワー、第２群が凹のパワー、第３群が凸のパワーを備え、少なくとも１枚の可変焦点レンズを含み、最も像側のレンズが凸レンズであることを特徴とするものである。
また、請求項２０に記載の光学系は、請求項１に記載の光学系において、非球面を含むことを特徴とするものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
式（４）をＰ／λの１次までを考えて近似すると、次のようになる。つまり、式（１３）〜式（１５）でＰ／λの１次まで、すなわち式（１１）より、Γ／Φの１次までを残しＰ／λの２次以上、Γ／Φの２次以上を省略すると、
2000231009.tif 000001
を得る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
したがって、ＷtNの値が等方媒質のジョーンズ行列とほぼ等しいと見做せるためには、｜ｉ・Γ／２Φ｜が０に近ければよい。この時ＷtNは、
2000231009.tif 000002
に近づくが、この式は、入射光の偏光方向は（Γ／４）・（Γ／Φ）だけ回転するが、液晶１は等方媒質であると見なせることを意味している。
｜ｉΓ／２Φ｜≒０                            （２６）
つまり、
｜Γ／２Φ｜≪１                              （２７）
であれば、ボケのない可変焦点レンズが得られる。式（１１）から、
2000231009.tif 000003
となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
さらに、前記第１の光学系の可変焦点レンズを液晶レンズで構成するとよい（第２の光学系）。
液晶レンズとしては、例えば図１に示したようなレンズがあり、液晶の屈折率を変えることで焦点距離を変えることができる。液晶を利用しているため、印加する電圧は一般に数Ｖ程度と小さく、消費電力も小さい。また、液晶には多くの種類があるため、目的に合わせて使用する液晶を広い範囲から選ぶことができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
以上のように、第８の光学系は、可変焦点レンズの液晶層内での像高が１の主光線が光軸となす角度をＹとしたとき、条件式（４３）を満たすため、結像した像のどの位置でもボケが少なく、またボケ量の違いが抑えられた良好な像を得ることができる。
歪曲収差を補正し、かつ液晶内の主光線の傾角を小さくするために、ｆ1が正の場合、負の場合にあわせて
−０．７≦ｆ／ｆ1 ≦∞
であることが望ましい。ｆ／ｆ1が下限を下回ると強い負の歪曲収差が発生してしまう。逆にｆ／ｆ1が大きすぎると正の歪曲収差が目立ってくるので
−０．７≦ｆ／ｆ1 ≦３．０
とすればなおよい。正の歪曲収差をさらに良く補正するには
−０．７≦ｆ／ｆ1 ≦１．２５
とすると良い。
一方、画角の広い光学系ではｆ／ｆ1 の下限は小さい方が、tan Ｙを小さくできるので良く、
−１≦ｆ／ｆ1 ≦∞
であるのがよい。ｆ／ｆ1 の上限は正の歪曲を補正しレンズ全長を短くするために３．０あるいは１．２５と小さくしていくにつれて、正の歪曲補正も良くなり、レンズ全長も小さくできる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５０】
以上説明に用いた可変焦点レンズ１１の形状は、液晶層１２が平凸レンズ形状であったが、液晶層の形状はこれに限らない。用途に応じて、図５に示すように平凹レンズ形状としたり、図６に示すように両凸レンズ形状としてもよい。また、両凹レンズ形状としたり、片方或いは両方の面を非球面形状としてもよい。
また、レンズの直径が大きく、液晶層１２の厚さが厚くなる場合には、図７に示すようにフレネル形状として液晶層１２を薄くすることもできる。
さらに、平面或いは曲面上に細かい矩形，鋸歯形状，三角波形状，正弦波形状などの凹凸を設け、回折格子としての機能も同時に持たせてもよい。例えば図８に示すように、三角波形状の回折格子を設けることができる。このとき、液晶層１２の屈折率を変えると、凹凸の位相差が変わり、回折効率を変えることができる。
また、液晶層１２を挟む基板の液晶層１２とは反対側の面を、平面ではなく球面，非球面，回折格子面としてもよい。例えば、図９に示すように、平凸レンズ形状の基板１５の一方の面１５ａを非球面とすることで、収差を良好に補正することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１９】
第８実施例
次に、本発明による光学特性可変光学素子を用いた光学系を撮像装置に適用した例を第８実施例として示す。
図２９は、本実施例にかかる撮像装置の概略構成図である。この撮像装置は、図示しない物体側から順に、光学系２０、個体撮像素子２１、信号処理回路２２を配置して構成する。光学系２０は前述した第３ないし第７実施例に示した光学系のうち何れのものを用いてもよい。そして、この光学系２０は、物体側から順に、負のレンズ群２３、絞り２４、可変焦点レンズ１１、正のレンズ群２５、赤外カットフィルターやローパスフィルターなどからなるフィルター群２６を配置して構成している。なお、絞り２４と可変焦点レンズ１１は接している。また、個体撮像素子２１には、その光電変換面上に、ＲＧＢ３原色のモザイク状の色フィルターを設けている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2000231009.tif 000004